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生物質能的生產與轉換
發布時間: 2017-5-19
(一)生物質能的循環
  “萬物生長靠太陽”,生物能源是從太陽能轉化而來的,只要太陽不熄滅,生物能源就取之不盡。其轉化的過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質,生物質在使用過程中又生成二氧化碳和水,形成一個物質循環,理論上二氧化碳的凈排放為零。生物能源是一種可再生的清潔能源,開發和使用生物能源符合可持續科學發展觀和循環經濟的理念。因此,利用高技術手段開發生物能源,已成為當今世界發達國家能源戰略的重要部分。
生物質能的生產與轉換過程如下。
C02+H20 →太陽能、植物→CH20)+02 (1-1)
(CH20)+02→C02+H20+能量 (1-2)
(CH2O)為糖、淀粉、脂肪、纖維素、半纖維素、木質素。

(二)生物質的生產與類型
  每個葉綠素都是一個神奇的化工廠,它以太陽光作動力,把C02和水合成有機物, 它的合成機理目前人類仍未搞清楚。研究并揭示光合作用的機理,模仿葉綠素的結構, 生產出人工合成的葉綠素和建成工業化的光合作用工廠是人類的夢想。如果這一夢想能第一章生實現,它將從根本上改變人類的生產活動和生活方式,所以研究葉綠素的機理一直是激動人心的科學活動。
生物質通過光合作用能夠把太陽能富集起來,儲存在有機物中,這些能量是人類發展所需能源的源泉和基礎。生物質能的資源主要包括以下幾方面。
1)森林能源是森林生長和林業生產過程提供的生物質能源,主要是薪材,也包括森林工業的一些殘留物等。
2)農作物秸稈是農業生產的副產品,也是我國農村的傳統燃料。
3)禽畜糞便也是一種重要的生物質能源。除在牧區有少量直接燃燒外,禽畜糞便主要是作為沼氣的發酵原料。
4)隨著城市規模的擴大和城市化進程的加速,中國城鎮垃圾的產生量和堆積量逐年增加。城鎮生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商業和服務業垃圾、少量建筑垃圾等廢棄物構成的混合物,成分比較復雜,其構成主要受居民生活水平、能源結構、城市建設、綠化面積及季節變化影響。
5)草本能源植物也是非常重要的生物質能源資源,類型種類較多,如可以生產燃料乙醇的芝屬植物及其他多年生牧草、制糖作物、水生植物、油料植物等。
  此外,還有藻類和光合成微生物(如硫細菌、非硫細菌等)等。

(三)生物質能的轉換
  生物質轉換技術多種多樣,但它們都有不同的適用對象和適用特殊的需要,在分析采用這些技術時要根據所利用生物質的特點和用戶的要求來作出不同的選擇。生物質轉化技術可分為四大類。
  1.直接燃燒技術
  直接燃燒大致可分爐灶燃燒、鍋爐燃燒、垃圾焚燒和固型燃料燃燒4種情況。爐灶燃燒是最原始的利用方法,一般適用于農村或山區分散獨立的家庭用爐,它的投資最少,但效率最低,燃燒效率在15%~20%。鍋爐燃燒采用了現代化的鍋爐技術,適用于大規模利用生物質,它的主要優點是效率高,并且可實現工業化生產;主要缺點是投資高,而且不適于分散的小規模利用,生物質必須相對比較集中才能采用本技術。垃圾焚燒也是采用鍋爐技術處理垃圾,但由于垃圾的品位低且波動大,腐蝕性強,因此它要求的技術更高,投資更大,從能量利用的角度,它的規模必須較大才比較合理。生物質顆粒燃料燃燒是把生物質固化成型后再采用傳統的燃煤設備燃用,主要優點是所采用的熱力設備是傳統的定型產品,不必經過特殊的設計或處理;主要缺點是運行成本高,所以它比較適合企業對原有設備進行技術改造時,在不重復投資前提下,以生物質代替煤,以達到節能的目的,或應用于對污染要求特別嚴格的場所,如飯店燒烤等。
  2.物化轉換技術
  物化轉換技術包括三方面,一是干餾技術;二是氣化制生物質燃氣;三是熱解制生物質油。干餾技術的主要目的是同時生產生物質炭和燃氣,它可以把能量密度低的生物質轉化為熱值較高的固定炭或氣,炭和燃氣可分別用于不同用途。它的優點是設備簡單,可以生物炭和多種化工產品,缺點是利用率較低,而且適用性較小,一般只適用于木質生物質的特殊利用。生物質熱解氣化是把生物質轉化為可燃氣的技術,根據技術路線的不同,可以是低熱值氣,也可以是中熱值氣。它的主要優點是生物質轉化為可燃氣后,利用效率較高,而且用途廣泛,如可以用作生活煤氣,也可以用于燒鍋爐或直接發電,主要缺點是系統復雜,由于生成的燃氣不便于儲存和運輸,必須有專門的用戶或配套的利用設施。熱解制油是通過熱化學方法把生物質轉化為液體燃料的技術。它的主要優點是可以把生物質制成油品燃料,作為石油產品替代品,用途和附加值大大提高,主要缺點是技術復雜,目前的成本仍然太高。
  3.生化轉換技術
  生化轉換技術主要是以厭氧消化和特種酶技術為主。沼氣發酵是有機物質(為碳水化合物、脂肪、蛋白質等)在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下,經過沼氣菌群發酵(消化)生成沼氣、消化液和消化污泥(沉渣)。這個過程就稱沼氣發酵或厭氧消化。,它包括小型的農村沼氣技術和大型的厭氧處理污水工程。主要優點是提供的能源形式為沼氣(CH。),非常潔凈,具有顯著的環保效益;主要缺點是能源產出低,投資大,所以比較適宜于以環保為目標的污水處理工程或以有機易腐物為主的垃圾堆肥過程。利用生物技術(包括酶技術)把生物質轉化為乙醇的主要目的是制取液體燃料,主要優點是可以使生物質變為清潔燃料,拓寬用途,提高效率;主要缺點是轉換速度太慢,投資較大,成本相對較高。
4.植物油利用技術
  能源植物油是一類儲存于植物器官中、經加工后可以提取植物燃料油的油性物質。它通過植物有機體內一系列的生理生化過程形成,以一定的結構形式存在于油脂或揮發性油類等物質中。能源油料植物是一類含有能源、植物油成分的植物種和變種,是一類再生資源。能源油料植物主要包括油脂植物和具有制成還原形式烴能力、可生產接近石油成分和替代石油使用產品的植物。植物燃料油是將能源油料植物油提取加工后生產出的一種可以替代石化能源的燃性油料物質。它的主要優點是提煉和生產技術簡單,主要缺點是產油率較低,速度很慢,而且品種的篩選和培育也較困難。
 
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